張 凱

（大慶油田采油工程研究院鉆井設(shè)計(jì)研究室，黑龍江大慶 163453）

大慶垣平1大位移井的鉆井技術(shù)

張 凱

（大慶油田采油工程研究院鉆井設(shè)計(jì)研究室，黑龍江大慶 163453）

垣平1井是大慶已完鉆水平井中最長水平位移預(yù)探井，該井在扶余油層共布置了6個(gè)靶點(diǎn)，設(shè)計(jì)水平段大于3 000 m，水垂比大于2。通過綜合考慮剖面類型、井眼曲率、靶前距以及鉆柱受力等多種因素，對(duì)垣平1井可鉆達(dá)地質(zhì)目標(biāo)的各種軌道進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，最大程度地降低了摩阻扭矩，增加了井眼延伸距離，降低了井眼的狗腿度。另外，通過對(duì)該大位移井的鉆具組合和井身結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，為該井的安全施工和順利完鉆提供了保證，該井三開鉆進(jìn)2 660 m水平段僅用了15.79 d，平均機(jī)械鉆速17.59 m/h，創(chuàng)下了大慶油田完鉆水平段最長、全井安全無復(fù)雜事故的記錄。實(shí)現(xiàn)了該井評(píng)價(jià)分析扶余油層薄互層儲(chǔ)層及探索提高低滲透油層產(chǎn)量的鉆探目的。

垣平1井；井身剖面；井眼曲率；大位移；優(yōu)化設(shè)計(jì)；摩阻扭矩

大慶油田油氣勘探逐步向“低、深、難”領(lǐng)域進(jìn)軍，勘探開發(fā)方式由低效向高效、由數(shù)量向質(zhì)量轉(zhuǎn)變，這就要求不斷加大技術(shù)創(chuàng)新力度、注重攻關(guān)應(yīng)用水平井鉆井技術(shù)，以此提高油氣勘探效益。垣平1井是為探索精細(xì)高效勘探開發(fā)老油田的一次重要嘗試，對(duì)于今后大面積推廣水平井鉆井技術(shù)，最大限度地解放油氣儲(chǔ)量、提高油氣勘探效益有重要意義。

1 大位移井技術(shù)難點(diǎn)

（1）剖面設(shè)計(jì)及軌跡控制難。大位移井的井身剖面設(shè)計(jì)、井眼軌跡控制等與常規(guī)定向井或水平井鉆井明顯不同，優(yōu)化設(shè)計(jì)和軌跡控制難度極大。

（2）摩阻與扭矩大。由于井斜角大，重力效應(yīng)突出，引起上提、下放鉆柱的阻力增加；鉆進(jìn)時(shí)加壓困難，鉆柱摩擦力矩大；傳遞扭矩困難；下部鉆具易屈曲自鎖，在鉆井優(yōu)化設(shè)計(jì)中必須充分考慮鉆柱受力及強(qiáng)度變化等問題。

（3）井壁穩(wěn)定性差。大位移井深度大，鉆井周期長，在大斜度井段易發(fā)生井壁失穩(wěn)，導(dǎo)致垮塌，尤其在泥頁巖井段，易引發(fā)井下事故。

2 井眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）井眼剖面。合理的井眼剖面設(shè)計(jì)是大位移井取得成功的關(guān)鍵之一。盡量降低扭矩/摩阻，增加井眼延伸距離，并減少井眼的狗腿，對(duì)鉆達(dá)地質(zhì)目標(biāo)的各種軌道進(jìn)行優(yōu)選（表1）。在大位移井中尤其推薦懸鏈曲線軌道剖面。在理論上，其特征是井壁和鉆具之間接觸力為零，由此得出井壁和鉆具之間的摩擦力為零。用這種方法鉆井存在困難，首先鉆柱底部有效張力導(dǎo)致鉆柱受壓，此外，懸鏈線曲線比一些傳統(tǒng)的井眼軌道更長。因而通常采用準(zhǔn)懸鏈線軌道剖面。其作法是在淺層段以低造斜率（1.0～1.5）（°）/30 m造斜，隨井深增加，增幅為0.50（°）/30 m逐步增加到（4.5～5.5）（°）/30 m，使最后的井斜角比傳統(tǒng)60°井斜角高，可達(dá)到80～84°。造斜率如果超過5.5（°）/30 m，可能出現(xiàn)高的接觸力。因此根據(jù)6個(gè)地質(zhì)靶點(diǎn)進(jìn)行3種剖面類型井眼軌道設(shè)計(jì)，對(duì)起鉆摩阻、下鉆摩阻及平均摩阻3方面進(jìn)行對(duì)比，準(zhǔn)懸鏈線剖面平均摩阻最小。減少了鉆井工序，使井眼軌跡較短，有利于鉆井安全。

表1 剖面類型優(yōu)選數(shù)據(jù)

（2）優(yōu)化靶前距和井眼曲率。針對(duì)3 000 m水平段，優(yōu)化靶前距與井眼曲率（表2），盡可能降低鉆柱發(fā)生屈曲程度和摩阻/扭矩，同時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)井深和大井眼造斜段長度，避免大井眼造斜段過長影響鉆井時(shí)效。

表2 靶前距和井眼曲率數(shù)據(jù)

通過綜合考慮剖面類型、井眼曲率、靶前距以及鉆柱受力等多種因素，對(duì)垣平1井井眼軌道進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終選擇靶前距300 m，造斜率為5.5（°）/ 30 m—5.5（°）/30 m—3.0（°）/30 m的軌道數(shù)據(jù)模型，優(yōu)化后的井眼軌跡平滑，滿足現(xiàn)場鉆井施工要求。

3 降摩阻/扭矩技術(shù)

（1）簡化鉆具結(jié)構(gòu)。產(chǎn)生摩阻的第一個(gè)方面是鉆柱，因此適當(dāng)改變鉆具結(jié)構(gòu)，也是降低摩阻的主要方法。在鉆具組合上盡量少用鉆鋌，在保證正常施工的前提下改用加重鉆桿代替鉆鋌，減少鉆柱與井壁間的作用力，使用鉆具防磨接頭，從而減少摩阻與扭矩。由于該井設(shè)計(jì)水平段長度大于3 000 m，因此重點(diǎn)對(duì)三開水平段鉆具組合進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡可能降低鉆柱屈曲程度，確保鉆柱強(qiáng)度滿足要求。通過理論計(jì)算垣平1井優(yōu)化后的鉆具組合設(shè)計(jì)為?215.9 mm鉆頭+?172 mm旋轉(zhuǎn)地質(zhì)導(dǎo)向工具+?127 mm無磁加重鉆桿+?127 mm加重鉆桿+?127 mm斜坡鉆桿+?127 mm加重鉆桿（或者?178 mm/159 mm鉆鋌）+?127 mm斜坡鉆桿。

（2）凈化井眼、破壞巖屑床。降低鉆柱與井壁間的摩擦系數(shù)，從而大幅降低摩阻與扭矩，摩阻與扭矩的變化很大程度上提示著井眼的凈化程度，每鉆進(jìn)100m左右做1次短起下鉆，然后再循環(huán)，把井底和井壁的巖屑通過循環(huán)帶出來。

4 井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

大位移水平井的井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要考慮以下因素：封住上部疏松復(fù)雜地層，減少事故；因套管內(nèi)摩擦系數(shù)明顯小于裸眼段，因此可以大幅度地改善下部井眼的摩阻、扭矩狀況；封住“狗腿”較大的造斜段，預(yù)防鍵槽卡鉆等。

根據(jù)該井的地質(zhì)特性，以安全高效鉆進(jìn)為目的，兼顧長水平段，優(yōu)化為3層套管結(jié)構(gòu)，技術(shù)套管封固易坍塌掉塊的青山口組及整個(gè)造斜段，減小三開鉆進(jìn)時(shí)摩阻/扭矩，有利于完井管柱的安全下入，生產(chǎn)套管兼顧裸眼段長度以及封固段長度，確保鉆完井施工安全。

5 應(yīng)用效果

垣平1井通過鉆井設(shè)計(jì)優(yōu)化與現(xiàn)場精確井眼軌跡控制與施工，取得了較好的效果。由于后期鉆進(jìn)過程中巖性為干砂巖，決定提前完鉆。垣平1井與同區(qū)塊7口水平井平均情況對(duì)比，水平段長度增加了2 099 m，機(jī)械鉆速增加了127.84%，鉆井周期縮短了11.35 d。該井為目前大慶已完成水平井中最長水平位移井。三開僅用15.79 d鉆進(jìn)2 660 m水平段，平均機(jī)械鉆速17.59 m/h，見表3。

表3 設(shè)計(jì)與實(shí)鉆數(shù)據(jù)對(duì)比

6 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）提高了機(jī)械鉆速，縮短了鉆井周期，進(jìn)而降低了因長期浸泡造成井壁坍塌的風(fēng)險(xiǎn)；

（2）合理的靶前距與井眼曲率，降低了鉆柱發(fā)生屈曲的程度和摩阻/扭矩大小，同時(shí)減少了大井眼造斜段長度，提高了鉆井效率。

（3）合理的軌道設(shè)計(jì)、優(yōu)化的鉆具組合和鉆井參數(shù)是降低摩阻與扭矩行之有效的措施。

［1］汪志明，郭曉樂，張松杰，等.南海流花超大位移井井眼凈化技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2006，28（1）：4-8.

［2］蘇義腦，竇修榮.大位移井鉆井概況、工藝難點(diǎn)和對(duì)工具儀器的要求［J］.石油鉆采工藝，2003，25（1）：8-12，85.

［3］范志國，木哈塔爾，賈永紅，等.多靶淺層水平井軌跡控制及尾管柱下入技術(shù)［J］.石油鉆采工藝 ，2009，31（2）：40-42.

［4］高德利，覃成錦，李文勇.南海西江大位移井井身結(jié)構(gòu)與套管柱設(shè)計(jì)研究［J］.石油鉆采工藝 ，2003，25（4）：4-7.

［5］POPE G A,WU W.Modeling relative permeability effects in gas-condensate reservoirs with a new trapping model［R］.SPE 62647.

［6］DEDDY Afidick N J.Kaczorowski production performance of aretrograde gas reservoir:a case study of the Arun Field［R］.SPE 28749.

（修改稿收到日期 2013-12-17）

〔編輯 薛改珍〕

Drilling technology of Yuanping 1 extended reach well in Daqing

ZHANG Kai
（Research Institute of Oil Production Engineering,Daqing Oilfield Co.Ltd.,Daqing163453,China）

Yuanping 1 Well is the longest horizontal displacement exploratory well in drilled horizontal well.In this well in Da qing Oil field,six target spots are arranged in Fuyu oil-layer,the design horizontal section is longer than 3,000 m,and the horizontaldisplacement to vertical-depth ratio of designing horizontal and vertical is greater than 2.Through overall consideration of profile type,borehole curvature,target distance,drill string stress and other factors,all trajectories to drillable geological target of Yuanping 1 well is designed in an optimized manner to minimize the friction torque,increase the extended ability,and reduce the dog leg degree.In addition,through the assembling the drilling rig of the extended reach well and well bore structure optimized design,it provides the guarantee for construction safety and successful finish drilling.The third spud-in for horizontal interval of 2,660 m only took 15.79d,and the average rate of penetration is 17.59 m/h.This creates the record of the longest finish drilling horizontal section and safety without incidents of full hole in Daqing Oilfield.This realized target of the well evaluation and analysis of Fuyu oil layer thin interbed reservoir,exploring and increasing the production of low permeability reservoir.

Yuanping 1 well;well bore profile;borehole curvature;large displacement;optimization design;friction torque

張凱.大慶垣平1大位移井的鉆井技術(shù)［J］.石油鉆采工藝，2014，36（1）：26-28.

TE243

：A

1000-7393（2014）01-0026-03

10.13639/j.odpt.2014.01.007

張凱，1987年生。2009年畢業(yè)于中國石油大學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事鉆井設(shè)計(jì)和鉆井技術(shù)研究工作。電話：0459-5960975，18004597867。E-mail：zhangkaipkf@petrochina.com.cn。